武威東沙窩防風固沙植物適宜性評價

摘要為科學營建防風固沙植被并持續(xù)發(fā)揮生態(tài)功能，需要對沙旱生植物進行適宜性評價。通過對地處騰格里沙漠西南緣的武威東沙窩的13種沙旱生植物調(diào)查，采用層次分析法（AHP），將生態(tài)適應性、防風固沙能效和管理成本作為準則層，種群存活率、植株枝條成活率等11個因子為因子層，對防風固沙植物進行了適宜性評價。結果表明：白刺、梭梭等8種沙旱生植物在生態(tài)適應性、防風固沙能效和管理成本3方面表現(xiàn)良好，具有良好的防風固沙作用；枸杞等5種植物表現(xiàn)較差，不適宜防風固沙；白刺、梭梭等8種沙旱生植物須大力加以保護。

關鍵詞武威東沙窩;防風固沙;沙旱生植物;適宜性評價

中圖分類號：S728.4 文獻標識碼：A doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2024.05.001

Suitability Evaluation of Windbreak and Sandfixing Plants in Dongshawo of Wuwei

Liu Mingcheng1，Hu Qing2，Man Duoqing3

（1. Qian Xuesen Sand Industry Center Laboratory，Gansu Endangered Animal Protection Center of National Forestry and Grassland Administration，Wuwei 733000，China;2. Wuwei Vocational College，Wuwei 733000，China;3. Gansu Desert Control Research Institute，Lanzhou 730070，China）

AbstractIn order to scientifically construct windbreak and sandfixing vegetation and continue to exert ecological functions，it is necessary to evaluate the suitability of psammophytes. Based on the investigation of thirteen species of psammophytes in Dongshawo of Wuwei，which is located in the southwest margin of Tengger Desert，the suitability evaluation of sandfixing plants was carried out by using analytic hierarchy process（AHP）. The ecological adaptability，windbreak and sandfixing energy efficiency and management cost were taken as the criterion layer，and eleven factors such as population survival rate and plant branch survival rate were taken as the factor layer. The results showed as follows： eight species of psammophytes such as Nitraria tangutorum and Haloxylon ammodendron performed well in the three aspects of ecological adaptability，windbreak and sandfixing efficiency and management cost，and had good windbreak and sandfixing effect;five kinds of plants such as Lycium chinense had poor performance and were not suitable for windbreak and sandfixing;eight kinds of psammophytes such as Nitraria tangutorum and Haloxylon ammodendron should be vigorously protected.

Key wordsDongshawo of Wuwei;windbreak and sandfixing;psammophyte;suitability evaluation

甘肅省沙漠與沙漠化土地分布面積大，生態(tài)環(huán)境脆弱，是我國沙漠化危害最為嚴重的省份之一，沙漠化對當?shù)鼐用竦纳鐣?jīng)濟生活帶來了多方面的危害，嚴重制約著經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展[1-4]。沙區(qū)植被建設是土地沙漠化防治的重要手段[5]，在干旱半干旱荒漠區(qū)，特別是荒漠綠洲邊緣風沙防治過程中，營造沙旱生植被是廣泛應用的措施，也是保護土壤不被風力侵蝕的最有效、長久、環(huán)保的方法[6]。防風固沙效應是防風固沙林的最基本效應[7]。經(jīng)過幾十年的探索與實踐，河西風沙治理取得了舉世矚目的成就[8]，沙化土地總體上減少，沙化程度進一步減輕[9]。但出現(xiàn)了因樹種選擇等因素不當導致林木衰敗，甚至死亡等生態(tài)退化的問題[10]。

當前，在習近平生態(tài)文明思想指引下，統(tǒng)籌山水林田湖草沙一體化保護和系統(tǒng)治理，全面推進“美麗中國”建設，河西走廊—塔克拉瑪干沙漠邊緣阻擊戰(zhàn)[11]及《北方防沙帶生態(tài)保護和修復重大工程建設規(guī)劃（2021-2035）》將河西走廊沙漠化治理納入國家生態(tài)戰(zhàn)略規(guī)劃，為河西走廊沙漠化地區(qū)生態(tài)建設提出新的更高要求。本文通過對地處騰格里沙漠西南緣的武威東沙窩沙旱生植物的調(diào)查，建立防風固沙植物適宜性評價體系，評價以防治風沙功能為主的適宜沙旱生植物（或樹種），為當?shù)厣鷳B(tài)保護、植被建設和生態(tài)修復提供參考依據(jù)。

1調(diào)查區(qū)自然概況

武威東沙窩位于河西走廊東段，騰格里沙漠西南緣，西臨涼州綠洲，東北、東南分別與古浪縣、民勤縣接壤，區(qū)內(nèi)遍布新月形沙丘或沙丘鏈，面積約18萬hm²，年降水量為110～170 mm，由東南向西北遞減，年蒸發(fā)量1 400～3 040 mm，蒸發(fā)量高出降水量10倍以上；年日照時數(shù)2 800～3 316 h，太陽輻射總量502.42～628.02 kJ·cm^-2，光熱資源豐富；常年以西北風為主，年平均風速2.0～4.5 m·s^-1，8級以上大風日29 d，年風沙日數(shù)達129 d，沙塵暴日數(shù)27 d；年均氣溫7.8 ℃，年最高氣溫39.5 ℃，最低氣溫-32 ℃；無霜期140 d，干燥度大于4；無可利用地表水。土壤以風沙土為主，伴灰漠土等類型，沙質(zhì)為中、細沙，含水量1%左右。常年干旱少雨，風沙災害嚴重，植被稀疏，天然植被有

沙米（Agriophyllum squarrosum）、

木紫菀（Asterothamnus centraliasiaticus）等。

2研究方法

2.1構建防風固沙植物適宜性評價體系

本研究采用層次分析法和隸屬函數(shù)法進行防風固沙植物適宜性綜合評價和選擇。

層次分析法（Analytical Hierarchy Process簡稱AHP）是美國運籌學家薩蒂（T.L.Saaty）于20世紀70年代提出的，80年代初期引進到我國，已成為一種常用的多目標決策方法。這種方法把一個復雜的問題表現(xiàn)為層次結構。同一層次內(nèi)不同因素的權重，通過兩兩之間的比較判斷而得；下一層次因素的權重，既要考慮本層次，又要考慮上一層次[12]。層次分析法把人們主觀判斷用數(shù)量方式表達和處理，實現(xiàn)了定性分析和定量分析的結合，因而提高了系統(tǒng)評價的有效性、可靠性和可行性。

2.1.1評價原則

對防風固沙植物適宜性進行評價時，以生態(tài)適應性為基礎，突出防風固沙功能，兼顧管理成本因素。

——實踐性：總結防治風沙實踐經(jīng)驗，提取和優(yōu)化主要因素及指標，在生態(tài)適應性方面，重點是植物“活”的表現(xiàn)；防風固沙功能方面，突出植物“能”和沙漠“效”的表現(xiàn)；管理成本方面，注重管理“本”的問題，以此構建可行的評價體系。

——實效性：針對沙旱生植物、風沙環(huán)境等要素，以顯明、易獲取的性狀和能效為指標，采取科學合理的分析方法，能客觀評價防風固沙植物適宜性，并應用于沙漠生態(tài)保護和建設的實踐活動。

——簡約性：根據(jù)風沙防治實踐經(jīng)驗和沙旱生植物生長狀態(tài)，用易量化、盡可能少的因素和指標，充分反映沙旱生植物與環(huán)境及管理成本等因素，達到沙旱生植物適宜性評價的目標。

2.1.2評價體系構建及指標的選取

在參考國內(nèi)外研究資料及風沙治理實踐經(jīng)驗的基礎上，結合當?shù)厣硡^(qū)環(huán)境特征，從植物的生長適應性、防風固沙能效和管理成本3個方面進行指標選取。根據(jù)AHP將評價指標體系劃分為目標層（A）、準則層（B）、因子層（C）3個層次，以防風固沙植物適宜性評價為目標，具體體現(xiàn)在生態(tài)適應性、防風固沙能效和管理成本組成的準則層，種群存活率等11個因子（指標）是衡量準則層的因子層，最終形成防風固沙植物適宜性綜合評價的遞階層次結構（圖1）。

2.1.3權重的確定

采用AHP確定各因子層權重。根據(jù)遞階層次用1～9標度法對上級層與下屬層的重要性進行兩兩比較并構造判斷矩陣。本研究共選取10名從事林業(yè)工作的專業(yè)人員和管理人員進行問卷調(diào)查，根據(jù)問卷結果建立判斷矩陣，采用DPS軟件計算判斷矩陣的特征向量并通過一致性檢驗，即為各評價指標權重。

2.2沙旱生植物調(diào)查

2.2.1材料和調(diào)查方法

2022-2023年秋季，在調(diào)查區(qū)域范圍內(nèi)選取初植密度或天然分布基本一致、處于較為平緩沙丘或平沙地中齡沙旱生植物，按20 m×10 m規(guī)格設置調(diào)查樣地，每種沙旱生植物3次重復，調(diào)查指標取其平均值。參與調(diào)查的沙旱生植物有檸條錦雞兒（Caragana korshinskii）、中間錦雞兒（Caragana liouana）、枸杞（Lycium chinense）、紫穗槐（Amorpha fruticosa ）、籽蒿（Artemisia sieversiana）、沙棘（Hippophae rhamnoides）、四翅濱藜（Atriplex canescens）、

梭梭（Haloxylon ammodendron）、花棒（Corethrodendron scoparium）、沙拐棗（Calligonum mongolicum）、檉柳（Tamarix ramosissima）、沙木蓼（Atraphaxis bracteata）、白刺（Nitraria tangutorum）共13種。

2.2.2因子指標評價標準

對沙旱生植物進行科學評價，首先應對因子層的各因子指標進行量化，根據(jù)因子指標的等級分別賦予相應的分值。各指標評分標準見表1。

定性評價因子按因子評價標準得分取平均值。

定性評價因子評分標準：

根據(jù)防風固沙評價體系各因子權重大小（最終權重），把因子分為重因子、次重因子、中因子和輕因子等4類。

重因子類：0.15≤權重值＜0.2，分5級；

次重因子類：0.1≤權重值＜0.15，分4級；

中因子類：0.03≤權重值＜0.1，分3級；

輕因子類：權重值＜0.03，分2級。

2.2.3因子指標值的歸一化計算

由于調(diào)查指標間的量綱不統(tǒng)一，故采用隸屬函數(shù)法對指標值進行歸一化，其中S為評價因子歸一化值，X為指標實測值，X為該指標實測最大值，X為實測最小值。因子層指標值標準化公式如下：

如指標與目的性狀正相關，則S=（X-X）/（X-X）；

若負相關，則S=1-（X-X）/（X-X），或將指標反向評價。

有關數(shù)據(jù)用Excel 2007軟件進行計算。

2.2.4沙旱生植物綜合得分評價標準

綜合得分≥0.80，優(yōu)秀；

0.70≤綜合得分＜0.80，為良好；

0.60≤綜合得分＜0.70，為一般；綜合得分＜0.60，較差。

3結果與分析

3.1防風固沙適宜性評價體系權重

表2是準則層對目標層權重，其中λmax=3.038 5，CI=0.019 3 ，CR=0.037 2。沙區(qū)干旱少雨，氣候條件惡劣，植被存活十分困難。因此，植物存活情況直接反映了對生境的適應性，是防風固沙林樹種選擇的關鍵因素，權重為0.637 0；防風固沙林的主導功能是防風固沙，其生態(tài)功能是建設防風固沙林的重要目的，權重為0.258 3；管理成本反映生態(tài)治理工程的經(jīng)濟性，權重為0.104 7。

表3是因子層對生態(tài)適應性的權重，其中λmax=4.031 0，CI=0.010 3，CR=0.011 7。從種群方面看，存活率作為反映樹種生態(tài)適應性的綜合指標，權重最大，為0.467 3；個體方面，植株生活力表現(xiàn)為枝條生長情況，權重0.277 2；天然更新能力反映了在自然條件下，樹種從個體自身到新生個體延續(xù)，權重為0.160 1；在干旱沙區(qū)環(huán)境下，病蟲害發(fā)生較輕，抗病蟲害能力權重僅為0.095 4。

表4是因子層對防風固沙能效的權重表，其中λmax=4.045 8，CI=0.015 3，CR=0.017 2。防風固沙植物的主要功能是防治風沙災害，植物能夠增加下墊面粗糙度，與抗風沙能力關系密切，其中，冠幅影響較大，權重最大，為0.422 0；株高影響較小，株高權重為0.177 5；固沙直接反映了樹種的抗風蝕效果，權重為0.270 9，阻沙效果權重為0.129 5。

表5是因子層對管理成本的權重，其中λmax=3.038 5，CI=0.019 3，CR=0.037 2。防風固沙植物的管理成本關系植被營建的經(jīng)濟效益，建植成本權重最大，為0.637 0，是影響防風固沙林建設的重要因子；其次是撫育成本，權重為0.258 3；苗木供給度權重為0.104 7。

表6是綜合排序結果，反映了目標層下的準則層及各因子權重，各判斷矩陣的CR均小于0.10，通過一致性檢驗。表6為根據(jù)結果構建出的評價體系，可以看出，生長適應性的權重最大， 生態(tài)功能次之，最后為管理成本。表明選擇防風固沙樹種時，首先要考慮是否適應沙區(qū)的生長環(huán)境，其次是發(fā)揮防風固沙的生態(tài)效益，改善沙區(qū)的生態(tài)環(huán)境，最后兼顧管理成本，這與武威東沙窩實施的防風固沙工程建設目的相一致。

3.2沙旱生植物評價得分權重

應用調(diào)查數(shù)據(jù)，結合評價指標體系進行計算，得到武威東沙窩沙旱生植物因子權重和綜合得分（表7、表8）。根據(jù)得分情況將沙旱生植物分為4類：第1類樹種表現(xiàn)優(yōu)秀，得分≥0.80分，共2種，分別是白刺（0.886 6）和梭梭（0.857 7）；第2類表現(xiàn)良好，得分0.70～＜0.80分，共4種，分別是檸條錦雞兒（0.794 9）、花棒（0.785 4）、中間錦雞兒（0.784 8）和沙拐棗（0.721 8）；第3類表現(xiàn)一般，得分為0.60～＜0.70分，共2種，分別為紅柳（0.685 8）和籽蒿（0.673 9）；第4類表現(xiàn)較差，得分＜0.60分，共5種，分別為枸杞、沙棘、四翅濱藜、沙木蓼和紫穗槐。

從以上結果可以看出，得分0.60分以上的樹種共有8個，分別為白刺、梭梭、檸條錦雞兒、花棒、中間錦雞兒、沙拐棗、檉柳、籽蒿，可作為武威東沙窩防風固沙的適宜植物。

4結論討論

武威東沙窩沙旱生植物適宜性評價結果表明，生態(tài)適應性權重最大，其種群存活率、植株枝條成活率權重均居前列。因此，沙旱生植物的種群存活、植株枝條的成活是獲得沙旱生植物適宜性評價優(yōu)良結果的決定因素。該結論也與實際沙旱生植物表現(xiàn)是相一致的。

調(diào)查評價的13種沙旱生植物，其中白刺、梭梭2種得分最高，表現(xiàn)優(yōu)秀；檸條錦雞兒、花棒、中間錦雞兒、沙拐棗表現(xiàn)良好，在防風固沙實踐中可對這些樹種進行廣泛的保護和應用。

通過評價與實際對比，白刺、梭梭、檸條錦雞兒、花棒、中間錦雞兒、沙拐棗、檉柳、籽蒿等8種沙旱生植物可作為武威東沙窩防風固沙的適宜性植物。

此外，本研究是根據(jù)多年的實踐經(jīng)驗對沙旱生植物進行適宜性評價的一次探索，旨在指導防治風沙的具體實踐。因此，該評價主要基于沙旱生植物形態(tài)、能效等外在表現(xiàn)以及植被營建資料開展的，未涉及沙旱生植物生理指標等深層次因素，尚需在以后工作中進一步探索完善。

參考文獻：

[1] 王濤.走向世界的中國沙漠化防治的研究與實踐[J].中國沙漠，2001，21（1）：1-3

[2] 屈建軍，馬立鵬，劉叢.甘肅省沙漠化現(xiàn)狀、成因及防治對策[J].中國沙漠，2002，22（5）：520-524

[3] 郭鵬，王小軍.甘肅河西地區(qū)沙漠化土地現(xiàn)狀及防治對策[J].甘肅科技，2012，28（16）：4-5

[4] 高志海，丁峰，魏懷東.甘肅河西地區(qū)土地荒漠化的現(xiàn)狀、成因及其防治[J].自然災害學報，2001，10（4）：70-75

[5] 趙婧，程伍群.我國土地沙漠化防治策略研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2011，39（13）：7868- 7869

[6] 胡廣錄，陳海志，麻進，等.黑河中游荒漠綠洲過渡帶典型灌叢植物防風固沙效應[J].中國沙漠，2023，43（5）：31-40

[7] 廖空太，嚴子柱，滿多清，等.黑河流域防風固沙林生態(tài)效益研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2007，15（6）：26-29

[8] 王繼和.甘肅治沙理論與實踐[M].蘭州：蘭州大學出版社，1999：1-15

[9] 甘肅省林業(yè)廳.甘肅省第五次荒漠化和沙化監(jiān)測情況公報[EB/OL].（2016-06-16）[2024-03-20].https：//www.sohu.com/a/83560286_252634

[10] 宋立寧，朱教君，閆巧玲.防護林衰退研究進展[J].生態(tài)學雜志，2009，28（9）：1684-1690

[11] 雷加強，高鑫，趙永成，等.河西走廊—塔克拉瑪干沙漠邊緣阻擊戰(zhàn)：風沙形勢與防治任務[J].中國科學院院刊，2023，38（7）：966-977

[12] 姚澤，王輝，王祺.層次分析法在城市園林綠化樹種選擇中的運用——以武威市為例[J].甘肅林業(yè)科技，2007，32（3）：16-20